解决组合优化（CO）问题的传统求解器通常是由人类专家设计的。最近，人们对利用深度学习，尤其是深度强化学习的兴趣激增，自动为CO学习有效的求解器。由此产生的新范式称为神经组合优化（NCO）。但是，在经验或理论上，NCO的优势和缺点与其他方法的优势尚未得到很好的研究。在这项工作中，我们介绍了NCO求解器和替代求解器的全面比较研究。具体而言，将旅行推销员问题作为测试床问题，我们根据五个方面（即有效性，效率，稳定性，可扩展性和概括能力）评估求解器的性能。我们的结果表明，通常，NCO方法学到的求解器几乎在所有这些方面仍然没有传统求解器。前者的潜在好处将是在有足够的培训实例时，他们在小规模的问题实例上的卓越时间和能源效率。我们希望这项工作将有助于更好地理解NCO的优势和劣势，并提供全面的评估协议，以进一步对NCO进行针对其他方法的基准测试。

组合优化是运营研究和计算机科学领域的一个公认领域。直到最近，它的方法一直集中在孤立地解决问题实例，而忽略了它们通常源于实践中的相关数据分布。但是，近年来，人们对使用机器学习，尤其是图形神经网络（GNN）的兴趣激增，作为组合任务的关键构件，直接作为求解器或通过增强确切的求解器。GNN的电感偏差有效地编码了组合和关系输入，因为它们对排列和对输入稀疏性的意识的不变性。本文介绍了对这个新兴领域的最新主要进步的概念回顾，旨在优化和机器学习研究人员。

组合优化的神经方法（CO）配备了一种学习机制，以发现解决复杂现实世界问题的强大启发式方法。尽管出现了能够在单一镜头中使用高质量解决方案的神经方法，但最先进的方法通常无法充分利用他们可用的解决时间。相比之下，手工制作的启发式方法可以很好地执行高效的搜索并利用给他们的计算时间，但包含启发式方法，这些启发式方法很难适应要解决的数据集。为了为神经CO方法提供强大的搜索程序，我们提出了模拟引导的光束搜索（SGB），该搜索（SGB）在固定宽度的树搜索中检查了候选解决方案，既是神经网络学习的政策又是模拟（推出）确定有希望的。我们将SGB与有效的主动搜索（EAS）进一步融合，其中SGB提高了EAS中反向传播的解决方案的质量，EAS提高了SGB中使用的策略的质量。我们评估了有关众所周知的CO基准的方法，并表明SGB可显着提高在合理的运行时假设下发现的解决方案的质量。

最近，变压器已成为解决车辆路由问题（VRP）的盛行深度建筑。但是，它在学习VRP的学习改进模型方面的有效性较小，因为其位置编码（PE）方法不适合表示VRP解决方案。本文介绍了一种新颖的双重协作变压器（DACT），以分别学习节点和位置特征的嵌入，而不是像现有的那样将它们融合在一起，以避免潜在的噪音和不相容的相关性。此外，位置特征通过新型的循环位置编码（CPE）方法嵌入，以使变压器有效捕获VRP溶液（即环状序列）的圆形性和对称性。我们使用近端政策优化训练DACT，并设计一种课程学习策略，以提高样本效率。我们应用DACT来解决旅行推销员问题（TSP）和电容的车辆路由问题（CVRP）。结果表明，我们的DACT优于现有的基于变压器的改进模型，并且在合成和基准实例上分别在不同问题大小上表现出更好的概括性能。

Influence Maximization (IM) is a classical combinatorial optimization problem, which can be widely used in mobile networks, social computing, and recommendation systems. It aims at selecting a small number of users such that maximizing the influence spread across the online social network. Because of its potential commercial and academic value, there are a lot of researchers focusing on studying the IM problem from different perspectives. The main challenge comes from the NP-hardness of the IM problem and \#P-hardness of estimating the influence spread, thus traditional algorithms for overcoming them can be categorized into two classes: heuristic algorithms and approximation algorithms. However, there is no theoretical guarantee for heuristic algorithms, and the theoretical design is close to the limit. Therefore, it is almost impossible to further optimize and improve their performance. With the rapid development of artificial intelligence, the technology based on Machine Learning (ML) has achieved remarkable achievements in many fields. In view of this, in recent years, a number of new methods have emerged to solve combinatorial optimization problems by using ML-based techniques. These methods have the advantages of fast solving speed and strong generalization ability to unknown graphs, which provide a brand-new direction for solving combinatorial optimization problems. Therefore, we abandon the traditional algorithms based on iterative search and review the recent development of ML-based methods, especially Deep Reinforcement Learning, to solve the IM problem and other variants in social networks. We focus on summarizing the relevant background knowledge, basic principles, common methods, and applied research. Finally, the challenges that need to be solved urgently in future IM research are pointed out.

This paper surveys the recent attempts, both from the machine learning and operations research communities, at leveraging machine learning to solve combinatorial optimization problems. Given the hard nature of these problems, state-of-the-art algorithms rely on handcrafted heuristics for making decisions that are otherwise too expensive to compute or mathematically not well defined. Thus, machine learning looks like a natural candidate to make such decisions in a more principled and optimized way. We advocate for pushing further the integration of machine learning and combinatorial optimization and detail a methodology to do so. A main point of the paper is seeing generic optimization problems as data points and inquiring what is the relevant distribution of problems to use for learning on a given task.

In recent years, methods based on deep neural networks, and especially Neural Improvement (NI) models, have led to a revolution in the field of combinatorial optimization. Given an instance of a graph-based problem and a candidate solution, they are able to propose a modification rule that improves its quality. However, existing NI approaches only consider node features and node-wise positional encodings to extract the instance and solution information, respectively. Thus, they are not suitable for problems where the essential information is encoded in the edges. In this paper, we present a NI model to solve graph-based problems where the information is stored either in the nodes, in the edges, or in both of them. We incorporate the NI model as a building block of hill-climbing-based algorithms to efficiently guide the election of neighborhood operations considering the solution at that iteration. Conducted experiments show that the model is able to recommend neighborhood operations that are in the $99^{th}$ percentile for the Preference Ranking Problem. Moreover, when incorporated to hill-climbing algorithms, such as Iterated or Multi-start Local Search, the NI model systematically outperforms the conventional versions. Finally, we demonstrate the flexibility of the model by extending the application to two well-known problems: the Traveling Salesman Problem and the Graph Partitioning Problem.

我们提出了一种称为钢筋混合遗传算法（RHGA）的新型方法，用于解决着名的NP-Hard Travel推销员问题（TSP）。具体地，我们将加强学习技术与众所周知的边缘组装交叉遗传算法（EAX-GA）和Lin-Kernighan-Helsgaun（LKH）本地搜索启发式组合。借助拟议的混合机制，EAX-GA的遗传演进和LKH的本地搜索可以促进彼此的性能。基于Q学习的加强学习技术进一步促进了混合遗传算法。在138众名知名度和广泛使用的TSP基准测试中的实验结果与1,000至85,900的城市数量呈现出rhGA的优异性能，显着优于EAX-GA和LKH。

事件处理是动态和响应互联网（物联网）的基石。该领域的最近方法基于代表性状态转移（REST）原则，其允许将事件处理任务放置在遵循相同原理的任何设备上。但是，任务应在边缘设备之间正确分布，以确保公平资源利用率和保证无缝执行。本文调查了深入学习的使用，以公平分配任务。提出了一种基于关注的神经网络模型，在不同场景下产生有效的负载平衡解决方案。所提出的模型基于变压器和指针网络架构，并通过Advantage演员批评批评学习算法训练。该模型旨在缩放到事件处理任务的数量和边缘设备的数量，不需要重新调整甚至再刷新。广泛的实验结果表明，拟议的模型在许多关键绩效指标中优于传统的启发式。通用设计和所获得的结果表明，所提出的模型可能适用于几个其他负载平衡问题变化，这使得该提案是由于其可扩展性和效率而在现实世界场景中使用的有吸引力的选择。

用于图形组合优化问题的神经网络溶剂的端到端培训，例如旅行销售人员问题（TSP）最近看到了感兴趣的激增，但在几百节节点的图表中保持棘手和效率低下。虽然最先进的学习驱动的方法对于TSP在培训的古典索引时与古典求解器密切相关，但它们无法通过实际尺度的实际情况概括到更大的情况。这项工作提出了一个端到端的神经组合优化流水线，统一几个卷纸，以确定促进比在训练中看到的实例的概括的归纳偏差，模型架构和学习算法。我们的受控实验提供了第一个原则上调查这种零拍摄的概括，揭示了超越训练数据的推断需要重新思考从网络层和学习范例到评估协议的神经组合优化流水线。此外，我们分析了深入学习的最近进步，通过管道的镜头路由问题，并提供新的方向，以刺激未来的研究。

算法配置（AC）与对参数化算法最合适的参数配置的自动搜索有关。目前，文献中提出了各种各样的交流问题变体和方法。现有评论没有考虑到AC问题的所有衍生物，也没有提供完整的分类计划。为此，我们引入分类法以分别描述配置方法的交流问题和特征。我们回顾了分类法的镜头中现有的AC文献，概述相关的配置方法的设计选择，对比方法和问题变体相互对立，并描述行业中的AC状态。最后，我们的评论为研究人员和从业人员提供了AC领域的未来研究方向。

回溯搜索算法通常用于解决约束满足问题（CSP）。回溯搜索的效率在很大程度上取决于可变排序启发式。目前，最常用的启发式是根据专家知识进行手工制作的。在本文中，我们提出了一种基于深度的加强学习方法，可以自动发现新的变量订购启发式，更好地适用于给定类CSP实例。我们显示，直接优化搜索成本很难用于自动启动，并建议优化在搜索树中到达叶节点的预期成本。为了捕获变量和约束之间的复杂关系，我们设计基于图形神经网络的表示方案，可以处理具有不同大小和约束的CSP实例。随机CSP实例上的实验结果表明，学习的政策在最小化搜索树大小的方面优于古典手工制作的启发式，并且可以有效地推广到比训练中使用的实例。

近年来，近年来，加强学习与图形神经网络（GNN）架构相结合，可以学会解决硬组合优化问题：给定原始输入数据和评估者指导过程，这个想法是自动学习策略返回可行和高质量的输出。最近的工作表明了有希望的结果，但后者主要在旅行推销员问题（TSP）和类似的抽象变体上进行评估，例如分割输送车辆路由问题（SDVRP）。在本文中，我们分析了如何以及最近的神经架构如何应用于实际重要性的图表问题。因此，我们将这些架构系统上“将这些架构转移到电力和信道分配问题（PCAP），其具有实际相关性，例如无线网络中的无线电资源分配。我们的实验结果表明现有的架构（I）仍然无法捕获图形结构特征，并且（II）不适合图表上的动作更改图形属性的问题。在一个积极的票据上，我们表明，增强了距离编码问题的结构表示是迈向学习多用途自主求解器的仍然雄心勃勃的目标的有希望的一步。

组合优化问题在许多实际情况（例如物流和生产）中遇到，但是精确的解决方案尤其难以找到，通常对于大量的问题大小而言，通常是NP-HARD。为了计算近似解决方案，通常使用局部搜索的通用和特定问题的动物园。但是，哪种变体适用于哪种特定问题，即使对于专家来说也很难决定。在本文中，我们确定了这种本地搜索算法的三个独立算法方面，并将其在优化过程中正式选择为马尔可夫决策过程（MDP）。我们将深图神经网络设计为该MDP的策略模型，为当地搜索提供了一个名为Neurols的局部搜索控制器。充分的实验证据表明，神经元能够胜过操作研究和最新基于机器学习的方法的众所周知的通用本地搜索控制器。

Steiner树问题（STP）在图中旨在在连接给定的顶点集的图表中找到一个最小权重的树。它是一种经典的NP - 硬组合优化问题，具有许多现实世界应用（例如，VLSI芯片设计，运输网络规划和无线传感器网络）。为STP开发了许多精确和近似算法，但它们分别遭受高计算复杂性和弱案例解决方案保证。还开发了启发式算法。但是，它们中的每一个都需要应用域知识来设计，并且仅适用于特定方案。最近报道的观察结果，同一NP-COLLECLIAL问题的情况可能保持相同或相似的组合结构，但主要在其数据中不同，我们调查将机器学习技术应用于STP的可行性和益处。为此，我们基于新型图形神经网络和深增强学习设计了一种新型模型瓦坎。 Vulcan的核心是一种新颖的紧凑型图形嵌入，将高瞻度图形结构数据（即路径改变信息）转换为低维矢量表示。鉴于STP实例，Vulcan使用此嵌入来对其路径相关的信息进行编码，并基于双层Q网络（DDQN）将编码的图形发送到深度加强学习组件，以找到解决方案。除了STP之外，Vulcan还可以通过将解决方案（例如，SAT，MVC和X3C）来减少到STP来找到解决方案。我们使用现实世界和合成数据集进行广泛的实验，展示了vulcan的原型，并展示了它的功效和效率。

多目标定向运动问题（MO-OPS）是经典的多目标路由问题，在过去几十年中，人们一直受到很多关注。这项研究旨在通过问题分解框架解决MO-OPS，即MO-OP分解为多目标背包问题（MOKP）和旅行推销员问题（TSP）。然后，MOKP和TSP分别通过多目标进化算法（MOEA）和深钢筋学习（DRL）方法来解决。虽然MOEA模块用于选择城市，但DRL模块用于计划这些城市的哈密顿路径。这两个模块的迭代使用将人口驱动到Mo-ops的帕累托前沿。在各种类型的MO-OP实例上，将提出方法的有效性与NSGA-II和NSGA-III进行了比较。实验结果表明，我们的方法几乎在所有测试实例上表现出最佳性能，并且表现出强大的概括能力。

The design of good heuristics or approximation algorithms for NP-hard combinatorial optimization problems often requires significant specialized knowledge and trial-and-error. Can we automate this challenging, tedious process, and learn the algorithms instead? In many real-world applications, it is typically the case that the same optimization problem is solved again and again on a regular basis, maintaining the same problem structure but differing in the data. This provides an opportunity for learning heuristic algorithms that exploit the structure of such recurring problems. In this paper, we propose a unique combination of reinforcement learning and graph embedding to address this challenge. The learned greedy policy behaves like a meta-algorithm that incrementally constructs a solution, and the action is determined by the output of a graph embedding network capturing the current state of the solution. We show that our framework can be applied to a diverse range of optimization problems over graphs, and learns effective algorithms for the Minimum Vertex Cover, Maximum Cut and Traveling Salesman problems.

表达性和计算便宜的两分图神经网络（GNN）已被证明是基于深度学习的混合成分线性程序（MILP）求解器的重要组成部分。最近的工作证明了此类GNN在分支结合（B＆B）求解器中取代分支（可变选择）启发式方面的有效性。这些GNN经过训练，离线和集合，以模仿一个非常好但计算昂贵的分支启发式，强大的分支。鉴于B＆B会导致子隔间树，我们问（a）目标启发式启发式在B＆B树的邻近节点之间是否存在很强的依赖性，并且（b）如果是这样，我们是否可以将它们合并到我们的培训程序。具体来说，我们发现，有了强大的分支启发式，孩子节点的最佳选择通常是父母的第二好的选择。我们将其称为“回顾”现象。令人惊讶的是，Gasse等人的典型分支GNN。 （2019年）经常错过这个简单的“答案”。为了通过将回顾现象纳入GNN来更紧密地模仿目标行为，我们提出了两种方法：（a）标准跨凝性损失函数的目标平滑，（b）添加父级（PAT）target（PAT）回顾量学期。最后，我们提出了一个模型选择框架，以结合更难构建的目标，例如在最终模型中解决时间。通过对标准基准实例进行广泛的实验，我们表明我们的提案导致B＆B树大小的22％减少，并且在解决时间的解决方案中提高了15％。

旅行推销员问题（TSP）是许多实用变体的经典NP-HARD组合优化问题。 Lin-Kernighan-Helsgaun（LKH）算法是TSP的最先进的本地搜索算法之一，LKH-3是LKH的强大扩展，可以解决许多TSP变体。 LKH和LKH-3都将一个候选人与每个城市相关联，以提高算法效率，并具有两种不同的方法，称为$ \ alpha $ - 计算和Popmusic，以决定候选人集。在这项工作中，我们首先提出了一种可变策略加强LKH（VSR-LKH）算法，该算法将三种强化学习方法（Q-Learning，SARSA和Monte Carlo）与LKH算法结合在一起，以解决TSP。我们进一步提出了一种称为VSR-LKH-3的新算法，该算法将可变策略强化学习方法与LKH-3结合在一起，用于典型的TSP变体，包括带有时间窗口（TSPTW）和彩色TSP（CTSP）的TSP。所提出的算法取代了LKH和LKH-3中的不灵活的遍历操作，并让算法学会通过增强学习在每个搜索步骤中做出选择。 LKH和LKH-3都具有$ \ alpha $量或Popmusic方法，我们的方法都可以显着改善。具体而言，对236个公共和广泛使用的TSP基准的经验结果具有多达85,900个城市，证明了VSR-LKH的出色表现，扩展的VSR-LKH-3也显着超过了TSPTW和TSPTW和TSPTW和TSPTW的最新启发式方法CTSP。

In the last years, there has been a great interest in machine-learning-based heuristics for solving NP-hard combinatorial optimization problems. The developed methods have shown potential on many optimization problems. In this paper, we present a learned heuristic for the reoptimization of a problem after a minor change in its data. We focus on the case of the capacited vehicle routing problem with static clients (i.e., same client locations) and changed demands. Given the edges of an original solution, the goal is to predict and fix the ones that have a high chance of remaining in an optimal solution after a change of client demands. This partial prediction of the solution reduces the complexity of the problem and speeds up its resolution, while yielding a good quality solution. The proposed approach resulted in solutions with an optimality gap ranging from 0\% to 1.7\% on different benchmark instances within a reasonable computing time.